精密校准电阻通常价格昂贵且体积庞大,往往被装在大盒子或金属罐中。对于低成本的手持式数字万用表(DMM)和LCR表来说,这些电阻显得过于昂贵,尤其是仅用在关键测量前的“合理性检查”时。
大多数情况下,我会使用精密轴向引线电阻器来达到此目的。但我想能否设计一个更方便的方案:既能提供精密电阻,又具备一定的机械保护,并且可以直接插入DMM或LCR表。如果使用像Keysight KS34465A或Keithley DMM6500这样的高精度DMM,除了电阻值本身,往往还会需要知道电阻的温度。因此我想到将精密电阻器与精密热敏电阻热连接起来以实现此目的。
秉持着低成本DIY的精神,我尝试用一小段热缩管把轴向引线精密电阻器与轴向引线精密热敏电阻连接起来。这个思路几乎不能再简单或便宜了(图1)。

图1:用一小段热缩管连接轴向引线精密电阻器和轴向引线精密热敏电阻器。
我还需要为电阻/热敏电阻组合提供机械保护,并解决如何与DMM直接连接的问题。标准的双香蕉插头是个不错的载体,但它只有两个连接端子。于是我用3D打印机制作了一个定制的“插头”,用来支撑热敏电阻的引脚(如图2)
图2:定制的3D打印“插头”支撑热敏电阻引脚,使电阻/热敏电阻组合具备机械保护。
图3展示了电阻/热敏电阻组合的安装方式:精密电阻的引脚插入双香蕉插头的孔中,并由插头内部的螺丝固定(在电阻引脚上留有一定余量,以减少对精密电阻的机械应力)。注意电阻引脚末端是怎么被弯成小环的,形成了外部“夹式引线”或“开尔文夹”的测量接触点。轴向热敏电阻的引脚贯穿定制的3D打印插头,并在顶部形成环状。
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图3:电阻/热敏电阻组合的安装方式,精密轴向电阻器引线插入双香蕉插头孔中,并由插头的内部螺丝固定。
整体来看,本设计为精密电阻和热敏电阻组合提供了一个紧凑的支架。电阻可通过香蕉双插头直接与测量仪器连接;温度测量使用小夹子导线连接到热敏电阻引线,这些导线从双香蕉插头的顶部和定制的3D打印插头顶部伸出(如图4)。

图4:电阻器温度读数显示小夹子引线至热敏电阻引线,该引线从双香蕉插头和定制3D打印插头的顶部伸出。
在使用过程中,我发现像是DMM6500这样的台式DMM的香蕉插孔温度比环境温度高3-3.5 ℃(KS34465A则高2-3℃)。这也解释了台式DMM在使用新的香蕉插头时需要更长的稳定时间的原因,差分热电动势(EMF)可能会影响灵敏的测量。手持式DMM稳定得更快,则是因为其内部温度只略高于环境温度。
总之,我希望这个内置热敏电阻的DIY精密电阻概念能够对一些人有用。不过我并不建议将其用于低于~100Ω的精密电阻测量,那属于4线开尔文测量的范围,当然也不能算作“计量合格”。
